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爆生气体致裂作用试验研究

爆生气体致裂作用试验研究

作者：吴小超西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,在基础设施建设方面国内外投入大量资源,建设过程中,爆破工程是一种常见的技术手段。为保证爆破工程的安全性和精确性,在爆炸、爆燃过程中,特别是在应力波衰减而爆生气体作为主要驱动因素的片区,爆生气体致裂作用不容忽视。对此... 详细信息

近年来,在基础设施建设方面国内外投入大量资源,建设过程中,爆破工程是一种常见的技术手段。为保证爆破工程的安全性和精确性,在爆炸、爆燃过程中,特别是在应力波衰减而爆生气体作为主要驱动因素的片区,爆生气体致裂作用不容忽视。对此,探索爆生气体的各个因素驱动裂缝扩展的影响情况,研究爆生气体致裂作用具有重要的理论和现实意义。本文针对爆破、爆燃过程中产生的爆生气体,对爆生气体驱动裂缝扩展过程中,瞬态压力峰值、预裂缝、加载速度下裂缝的破坏形态以及延展情况开展了系统的室内模型试验研究。并综合分析计算试验过程中的现象和问题,最后综合分析爆生气体驱动裂缝扩展的情况,并提出适用于工程实际的建议。本文研究成果主要包括以下内容:（1）完成爆生气体发生装置的设计与制作;在前人学者研究的试件模型基础上,调整了模型形状和尺寸;制定了一套较为完整的试验方案。在爆生气体致裂作用试验研究的新方向走出了一小步,弥补了部分爆生气体室内试验的空白。（2）0.2MPa梯度缓慢加载,准静态加载试验结果表明:预裂缝对模型试件的完整性影响不明显,可能是因为预埋预裂缝的聚酯膜与试件实体贴合密实,避免了预裂缝处应力集中的现象;本试验所用试件准静态压力破坏峰值在1.4～1.6MPa之间。而准静态有限元计算结果表明:预裂缝对模型试件完整性影响显著。（3）压力峰值、加速管道长度、预裂缝三个因素影响下,交互实验瞬态加载。瞬态加载试验结果表明:瞬态压力峰值越大,试件破坏程度越大;预裂缝对试件破坏程度影响显著;加载速度越快试件破坏程度越大。瞬态有限元计算结果和瞬态加载试验结果与预测试验结果一致。在瞬态试验结果中发现三个现象:1)瞬态试验加载峰值小于准静态试验加载峰值;2)试验结果中裂缝形态和走向存在一定的共性;3)一定条件下,存在一定阈值,利于主裂缝扩展。（4）瞬态加载试验峰值0.4MPa,能让试件漏气破坏,低于准静态加载破坏压力峰值的现象,分别从射流力学、瞬变流理论和压缩瞬变理论三个角度去分析计算,结果表明:瞬态冲击过程相对更加符合瞬变流理论或压缩瞬变理论的计算条件。解释了瞬态加载试验结果中的另外两个试验现象,并对试验提出了改进意见。最后,根据试验分析结论,计算分析复合射孔技术中二次爆燃驱动岩石裂缝扩展的过程,并提出相关意见。

关键词：爆破工程爆生气体驱动裂缝扩展试验研究复合射孔技术

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高能气体瞬态破岩特性试验研究

岩石力学与工程学报 2020年第S02期39卷 3271-3277页

作者：陈莉静冯纪米吴小超西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710048 武汉市汉阳市政建设集团有限公司湖北武汉430050

利用非爆炸生成的高能气体破岩是工程实际中常采用的技术手段。为研究高能气体破岩特性,获取影响破岩效果的关键因素,设计一套模拟高能气体产生和冲击过程的试验装置。通过控制压力峰值、加载速度等因素实现对不同特征高能气体破岩作用... 详细信息

利用非爆炸生成的高能气体破岩是工程实际中常采用的技术手段。为研究高能气体破岩特性,获取影响破岩效果的关键因素,设计一套模拟高能气体产生和冲击过程的试验装置。通过控制压力峰值、加载速度等因素实现对不同特征高能气体破岩作用效果的模拟。设置准静态和瞬态加载对比试验,研究影响高能气体破岩效果的因素。并利用瞬变流理论分析高能气体在该装置中的运动规律和作用于试件钻孔面的有效冲击荷载的压力特征。结合试验结果和理论分析,探索各因素对高能气体破岩效果的影响规律。分析结果表明,高能气体瞬态效应明显,其脉冲压力作用远大于气体膨胀压力作用,且加载速度明显影响冲击破岩的效果。因而在高能气体破岩设计中,当加载峰值受限的情况下,可通过调整加载速度改善破岩效果。

关键词：岩石力学高能气体破岩特性试验研究瞬态效应

AMPT模拟事件中横动量和多重数涨落的逐事件分析

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AMPT模拟事件中横动量和多重数涨落的逐事件分析

作者：吴小超哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高能重离子碰撞的主要目的是研究在极高能量密度的环境中强相互作用物质的性质,这一极高能标下的物理被认为由量子色动力学(QCD)来描述。随着实验技术和计算机技术的发展,人们得以探索QCD相图,并进而研究强子物质和夸克胶子等离子体(QGP... 详细信息

高能重离子碰撞的主要目的是研究在极高能量密度的环境中强相互作用物质的性质,这一极高能标下的物理被认为由量子色动力学(QCD)来描述。随着实验技术和计算机技术的发展,人们得以探索QCD相图,并进而研究强子物质和夸克胶子等离子体(QGP)之间的相变边界和临界点。人们认为物理量的涨落在临界点附近会显著增强,因此逐事件涨落成为了定位临界点的重要工具之一。然而,由于系统体积及其涨落被认为会强烈影响涨落的测量,人们引入了在独立源模型中与体积无关的高级强度量。本文利用多相输运模型AMPT模型模拟在质心系下碰撞核子对能量在7.7 Ge V到200 Ge V范围内的多种核-核碰撞,并研究由横动量和多重数组成的高级强度量的性质。本文提出组合事件方法来模拟核-核碰撞中的独立源模型,两类高级强度量不依赖于构成组合事件的质子-质子碰撞事件数。引入标度后的高级强度量来消除来自独立碰撞核子对的粒子间关联。除了最低能量外,在金-金、铜-铜和碳-碳对心碰撞中差异较大的高级强度量在边缘碰撞中趋于一致。在边缘碰撞中,标度后的高级强度量在大部分能量下结果回归到1附近,表明可以适当引入组合事件方法来消除平庸的粒子间关联。本文研究了不同参数对高级强度量的影响。分析了横动量依赖性,在窄横动量区间中高级强度量对横动量的依赖程度较小,当横动量区间变宽时,两类高级强度量都展现出了饱和的趋势,表明高横动量粒子对结果影响较小。在赝快度依赖性的分析中,两类高级强度量表现出了明显差异。Σ[P,N]对赝快度变化不敏感,而△[P,N]在低能下显著依赖于赝快度,在中高能下对赝快度依赖程度减弱。分析了动力学过程的影响,Σ[P,N]与部分子碰撞截面呈正相关,强子级联过程压低了Σ[P,N]的值,而部分子级联和强子级联过程对△[P,N]的影响非单调。分析了量子统计对高级强度量的影响,数值计算和AMPT模型数据分析结果一致表明不同的量子统计规律会显著影响高级强度量的值,而费米-狄拉克统计的影响小于玻色-爱因斯坦统计。

关键词：涨落高级强度量 AMPT模型

稀土元素与凝固速度对AZ31-RE-Sb组织及相组成的影响

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稀土元素与凝固速度对AZ31-RE-Sb组织及相组成的影响

作者：吴小超郑州大学

学位级别：硕士

稀土合金化是改善镁合金组织性能的有效手段。但在含铝镁合金中形成的粗大针状稀土相,又对合金基体产生很强的割裂作用,并引起应力集中,严重影响合金强韧性以及塑性的进一步提高。本文以AZ31变形镁合金为基础,通过OM、XRD、SEM&EDS、DT... 详细信息

稀土合金化是改善镁合金组织性能的有效手段。但在含铝镁合金中形成的粗大针状稀土相,又对合金基体产生很强的割裂作用,并引起应力集中,严重影响合金强韧性以及塑性的进一步提高。本文以AZ31变形镁合金为基础,通过OM、XRD、SEM&EDS、DTA等分析测试手段,研究和对比了富铈混合稀土与纯铈对合金组织结构的不同影响。特别是在本课题组对镁合金中稀土相球化研究的基础上,研究了AZ31-MM与AZ31-Ce合金在通过Sb对稀土相球化过程中所表现出的不同行为;通过采用普通凝固工艺、亚快速凝固工艺和快速凝固工艺制备合金,研究凝固速度对合金组织结构的影响,借此并通过DTA分析研究了合金的凝固过程,探讨了稀土相的球化机制。最后,研究了AZ31+1%Ce+1%Sb合金中第二相溶剂萃取的方法和工艺,并对萃取产物进行了进一步分析。为稀土合金化AZ31镁合金组织结构的控制与改善,进一步提高其塑性加工工艺性能和使用性能提供了理论参考。结果表明,富铈混合稀土和纯铈对AZ31镁合金的组织具有不同的影响。AZ31镁合金采用纯Ce进行稀土合金化后,合金相组成为α-Mg、β-Mg17Al12和Al11Ce3,较富铈混合稀土合金化晶粒更加细小,β-Mg17Al12相更弥散,基体中的针状相较少。通过DTA分析可知,AZ31合金中各相的析出顺序为：α-Mg→β-Mg17Al12;AZ31-Ce合金中各相的析出顺序为：Al11Ce3→α-Mg→β-Mg17Al12;AZ31-Ce-Sb合金中各相的析出顺序为CeSb→Al11Ce3→α-Mg→β-Mg17Al12。MM-Sb复合合金化和Ce-Sb复合合金化均能得到较为弥散的球状第二相,且MM-Sb对合金的细化程度更大。凝固速度对AZ31+1%Ce+1%Sb合金的组织、相组成和凝固过程产生很大影响。研究结果表明：亚快速凝固速度范围内,随着凝固速度的逐渐增加,合金组织中的第二相逐步细化、球化、弥散,Φ2mm尺寸试样具有最优的组织,其组织中弥散分布的球状相为Al-Ce-Sb三元相;在快速凝固速度的范围内,随着凝固速度的增加,合金组织中的第二相逐渐变成蠕虫状在基体分布,蠕虫状相较之亚快速凝固态合金组织中的球状相,Sb含量减少,Al含量增加。由DTA曲线分析可知,亚快速凝固态和快速凝固态较之普通凝固态,共晶温度升高,亚快速凝固态合金中的球状Al-Ce-Sb三元相析出温度为630.03℃;快速凝固态合金中的蠕虫状Al-Ce-Sb三元相析出温度为628.61℃。通过对AZ31+1%Ce+1%Sb合金第二相溶剂萃取试验研究,得出了最佳的萃取溶液：VHCl:VH2O=1:1浓度的盐酸水溶液。通过XRD分析,确定了萃取产物的相组成：Mg17Al12、Sb、AlSb、CeSb和Al4Ce;通过对萃取产物进行SEM&EDS分析得出,单质Sb呈不规则多面体状,AlSb相呈较不规则的多面体状,球状CeSb相是由不规则的多面体形状演化来。

关键词： AZ31镁合金稀土合金化凝固速度组织结构溶剂萃取

氧化物纳米有序阵列的构建及在水相电化学储能方面的应用

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氧化物纳米有序阵列的构建及在水相电化学储能方面的应用

作者：吴小超北京化工大学

学位级别：硕士

化石能源的快速消耗使得当今世界对能源的需求更加紧迫,电化学储能是一种绿色环保,安全健康的能源形式,成为了人们研究的新热点。超级电容器和电池作为电化学储能系统中的佼佼者,已被大多科研工作者所认可,人们通过不断的探索和开发来... 详细信息

化石能源的快速消耗使得当今世界对能源的需求更加紧迫,电化学储能是一种绿色环保,安全健康的能源形式,成为了人们研究的新热点。超级电容器和电池作为电化学储能系统中的佼佼者,已被大多科研工作者所认可,人们通过不断的探索和开发来提高超级电容器和电池的性能。影响电极材料的电化学性能的因素有很多,包括了相态,尺寸,结构等等。作为一种新型的有序排列结构,纳米阵列材料成为了电极材料的新选择。结构决定性质,优化材料的微观结构成为提高电化学活性的前提。目前对于超级电容器或者电池的大部分研究都集中在正极,负极材料由于性能较低,因此报道的较少,而将负极材料作成阵列结构则更加困难。大部分的研究并没有得到性能良好的负极材料,因此目前对于获得结构稳定,性能优异的材料作为负极的需求迫在眉睫。如何将负极材料和正极材料匹配,组建成良好的电化学储能系统,则需要做更多方面的努力。针对以上提及的问题,本论文将从以下几个方面进行展开论述：1、通过一种温和的三步水热法和煅烧处理,在三维泡沫镍导电基底上制备出多级纳米阵列材料Co3O4@NiO。首先在泡沫镍基底上生长出碱式碳酸钴的微米线阵列,再通过一次水热法使微米阵列进行溶解再沉淀,得到微米片阵列结构,最后在每一个微米片阵列结构上均匀生长出毛刺状的氢氧化镍纳米线阵列,经过煅烧处理后,该物质脱水变成氧化物阵列。对这种多级结构纳米阵列材料经行表征和电化学测试,得出该材料具有较大的比表面积,单位面积容量可达到2.91mAhcm-2,比电容高达到26Fcm-2。由于该材料具有较为特殊的有序阵列结构,电接触良好,因此具有了良好的倍率特性,稳定的循环充放电特性。可以适用于电化学储能材料的正极。2、通过一种温和的两步水热法和煅烧处理,在三维导电基底上制备出多级纳米阵列材料CoxFe3-xO4。此后对这种多级阵列材料进行了结构的表征以及电化学性能的测试。由于含有金属铁,CoxFe3-xO4在负电位下可以有效工作,铁元素的可逆氧化还原反应为该材料贡献了电容值。由于其结构.上的优势,因此电化学储能性能良好,单位面积的电容达到很高水平。此后,再将其与另一种相似结构的多级纳米阵列材料匹配,组建成新型的纳米阵列基镍铁碱性电池。对电池系统进行测试,能量密度达到2.32mWhcm-2,功率密度达41.8 mW cm-2,由于其较大的活性材料负载量,因此该电池的性能处于世界领先水平。为考察电池的实际用途,将其搭建成软包电池模型,充电后将两个软包模型串联,可以点亮发光二极管。这种基于纳米阵列结构的镍铁碱性电池在世界范围内属于首次报道。3、首先在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)透明薄膜上均匀涂上一层导电银纳米线,再利用温和的电沉积的方法,以银纳米线为轴,四周均匀生长出均匀的氢氧化镍纳米线阵列,这样就形成了一种基于纳米阵列结构的透明薄膜电极材料。对该材料进行了结构的表征和电化学性能测试。生长出阵列的透明薄膜在可见光区域内保持有较高的透光率,且结构稳定实用。由于银纳米线的良好导电性,这种透明薄膜电极在水相电解液中具有了较高的电化学储能特性。此外,透明薄膜PET的柔韧性也拓宽了其应用范围。

关键词：纳米阵列多级结构超级电容器电池